Oksüdatiivne dekarboksüleerimine

oksüdatiivne dekarboksüleerimine on raku hingamise komponent ja toimub raku mitokondrites. Seejärel töödeldakse sidrunhappe tsüklis edasi oksüdatiivse dekarboksüülimise lõpp-produkti, atsetüül-coA.

Mis on oksüdatiivne dekarboksüülimine?

Mitokondrid on rakuorgaanid, mida leidub peaaegu kõigis tuumaga rakkudes. Neid tuntakse ka raku elektrijaamadena, kuna need moodustavad molekuli ATP (adenosiintrifosfaat). ATP on inimkeha kõige olulisem energiakandja ja see saadakse aeroobse hingamise kaudu. Aeroobset hingamist nimetatakse ka rakuhingamiseks või sisemiseks hingamiseks.

Rakkude hingamine jaguneb neljaks etapiks. Glükolüüs toimub alguses. Sellele järgneb oksüdatiivne dekarboksüülimine, seejärel sidrunhappe tsükkel ja lõpuks lõplik oksüdatsioon (hingamisahel).

Oksüdatiivne dekarboksüleerimine toimub mitokondrite niinimetatud maatriksis. Lühidalt, püruvaat, mis pärineb enamasti glükolüüsist, muundatakse siin atsetüül-CoA-ks. Selleks kinnitub püruvaat, püruvhappe happeanioon, tiamiinpürofosfaadiga (TPP). TPP on valmistatud vitamiinist B1. Seejärel jaotatakse püruvaadi karboksüülrühm süsinikdioksiidina (CO2). Seda protsessi nimetatakse dekarboksüülimiseks. See loob hüdroksüetüül-TPP.

Seda katalüsaatorit katalüüsib see hüdroksüetüül-TPP nn püruvaatdehüdrogenaasi komponendiga, mis on püruvaatdehüdrogenaasi ensüümikompleksi alaühik. Ülejäänud atsetüülrühm kantakse dihüdrolipoüültransatsetülaasi abil katalüüsi teel konenüümi A. See loob atsetüül-CoA, mida on vaja järgmises sidrunhappe tsüklis. Selle reaktsiooni sujuvaks toimimiseks on vaja mitme ensüümi kompleksi, mis koosneb ensüümidest dekarboksülaasist, oksüdeduktaasist ja dehüdrogenaasist.

Funktsioon ja ülesanne

Oksüdatiivne dekarboksüleerimine on sisemise hingamise asendamatu osa ja nagu glükolüüs, sidrunhappe tsükkel ja lõplik oksüdatsioon hingamisahelas, toimib ka rakkudes energia tootmisel. Selleks võtavad rakud glükoosi osana glükoosi ja lagundavad selle. Ühest glükoosimolekulist saadakse kümnes etapis kaks püruvaati. Need on oksüdatiivse dekarboksüülimise eeltingimus.

On tõsi, et ATP molekule saadakse ka glükolüüsi ja oksüdatiivse dekarboksüleerimise käigus, kuid oluliselt vähem kui järgmises sidrunhappetsüklis. Põhimõtteliselt toimub rakkudes sidrunhappe tsükli ajal hapniku vesiniku reaktsioon. Vesinik ja hapnik reageerivad üksteisega ning süsinikdioksiidi ja vee eraldumisel tekib energia ATP kujul. Sidrunhappe tsükli ühe ringi kohta saab sünteesida umbes kümme ATP molekuli.

Universaalse energiaallikana on ATP inimese elus hädavajalik. Energiamolekul on kõigi inimkehas toimuvate reaktsioonide eeltingimus. Närviimpulsid, lihaste liikumised, hormoonide tootmine - kõik need protsessid vajavad ATP-d. Keha toodab oma energiavajaduse rahuldamiseks umbes 65 kg ATP-d päevas.

Põhimõtteliselt võib ATP-d saada ka ilma hapniku ja seega oksüdatiivse dekarboksüülimiseta. See anaeroobse piimhappe metabolism on aga tunduvalt vähem produktiivne kui aeroobne metabolism ja põhjustab piimhappe moodustumist. Raske ja pikaajalise pingutuse korral võib see põhjustada kahjustatud lihaste hapestumist ja väsimust.

Haigused ja tervisehäired

Üks oksüdatiivse dekarboksüülimise häiretest põhjustatud haigus on vahtrasiirupi tõbi. Siin pole probleem mitte glükoosi lagunemises, vaid aminohapete leutsiini, isoleutsiini ja valiini lagunemises. Haigus on päritav ja ilmneb sageli kohe pärast sündi. Haigestunud vastsündinutel on oksendamine, hingamishäired kuni hingamisseiskumiseni, letargia või kooma. Tüüpilised on ka tugev karjumine, krambid ja liiga kõrge veresuhkru tase. Nn 2-keto-3-metüülvaleriinhape moodustub aminohapete vales lagunemises. See annab lastele uriini ja higi iseloomuliku vahtrasiirupi lõhna, mis andis haigusele oma nime. Ravimata jätmise korral viib haigus kiiresti surma.

Nagu juba märgitud, mängib vitamiin B1 (tiamiin) oksüdatiivses dekarboksüleerimisel olulist rolli. Ilma tiamiinita pole püruvaadi dekarboksüülimine atsetüül-CoA moodustumisega võimalik. Beriberi tõve põhjustajaks on tugev B1 puudus. Varem esines seda peamiselt istandustes või Ida-Aasia vanglates, kus inimesed sõid peamiselt kooritud ja poleeritud riisi, sest B1-vitamiini leidub ainult riisiterade kestades.

Tiamiini puudumise ja sellega seotud oksüdatiivse dekarboksüülimise pärssimise tõttu põhjustab beriberi tõbi peamiselt häireid kudedes, millel on suur energiakäive. Nende hulka kuuluvad skeletilihased, südamelihas ja närvisüsteem.Haigus avaldub apaatia, närvide halvatuse, laienenud südame, südamepuudulikkuse ja ödeemi kujul.

Teine haigus, kus oksüdatiivne dekarboksüleerimine on häiritud, on I tüüpi glutaarhapesuuria - see on üsna haruldane pärilik haigus. Haigestunud patsiendid on pikka aega sümptomiteta. Esimesed sümptomid ilmnevad siis kataboolse kriisi taustal. On tõsiseid liikumishäireid. Pagasiruum on ebastabiilne. Võib tekkida ka palavik.

I tüüpi glutaarhappesturia varane sümptom on makrotsefaalia, s.o keskmisest suurem kolju. Niipea kui ilmnevad esimesed sümptomid, progresseerub haigus kiiresti. Varakult diagnoositud lastel on siiski paljutõotav prognoos ja nad saavad raviga tavaliselt hästi hakkama. Kuid haigust tõlgendatakse sageli valesti kui entsefaliiti, st aju põletikku.

I tüüpi glutaarhappesturia diagnoosi saab uriinianalüüsi abil üsna hõlpsalt diagnoosida. Haigus on siiski haruldane, seetõttu tõlgendatakse sümptomeid sageli valesti ja haiguse uurimist esialgu ei tehta.